Giorno zero:i livelli delle dighe scendono al di sotto dei limiti di sicurezza e l'approvvigionamento idrico della città viene interrotto. Sembra un incubo apocalittico, ma per i residenti di Cape Town in Sud Africa sta rapidamente diventando una realtà. Per i paesi a rischio di siccità come l'Australia, non è neanche imprevedibile. Nuovi progressi nella desalinizzazione, però, stanno offrendo soluzioni alternative per la sicurezza idrica e per l'estrazione di preziosi minerali scarsi.

L'acqua dolce è una necessità per la vita. È facile pensare che l'acqua sarà sempre abbondante poiché copre il 70% del nostro pianeta. Ancora, l'accesso all'acqua potabile è una sfida per molti. Entro il 2025, le Nazioni Unite prevedono che 1,8 miliardi di persone incontreranno la scarsità d'acqua. Questo perché solo il tre per cento dell'acqua mondiale è acqua dolce e la grave siccità sta colpendo molti paesi.

L'imminente crisi idrica a Cape Town è stata causata da tre anni di scarse precipitazioni, insieme al crescente consumo di una popolazione in crescita. Cape Town potrebbe diventare la prima grande città della storia moderna a rimanere senza acqua.

La desalinizzazione è sempre più vista come una soluzione chiave per la scarsità d'acqua, soprattutto nei continenti aridi come l'Australia. La desalinizzazione comporta la rimozione di sali e altri minerali disciolti dall'acqua di mare o salmastra (cioè acqua non fresca, ma non è nemmeno salato come l'acqua di mare).

Attualmente, l'osmosi inversa e i processi termici sono le tecniche di desalinizzazione più comunemente utilizzate. Sebbene siano molto maturi e si siano evoluti nelle prestazioni nel corso degli anni, non hanno ancora raggiunto obiettivi di sostenibilità sfuggenti.

Come mai? Entrambi richiedono energia, richiedono materiale da costruzione costoso, sono chimicamente intensivi, limitato da incrostazioni e corrosione della membrana, e produrre flussi di rifiuti concentrati. L'impatto ambientale negativo dello scarico del flusso di rifiuti concentrati (salamoia) è fonte di grande preoccupazione.

Questo perché lo smaltimento dei rifiuti di salamoia concentrata sul terreno comporta una suscettibilità a lungo termine all'inquinamento delle risorse idriche superficiali e sotterranee. L'alternativa, lo scarico della salamoia di scarto (che è ricca di sale e altre sostanze chimiche) in mare richiede un'ampia diluizione e l'installazione di centinaia di metri di condotte sottomarine offshore per mitigare eventuali effetti negativi sugli organismi acquatici.

dissalazione mediante congelamento, però, è motivato dal fenomeno naturale dell'acqua di mare:il ghiaccio ottenuto dall'acqua salata è privo di sale. I vantaggi intrinseci della desalinizzazione a freddo sono che è a basso costo, relativamente semplice e privo di sostanze chimiche. Però, separare il ghiaccio dalla soluzione salina per ottenere acqua priva di sale rimane una sfida.

La mia ricerca è attualmente focalizzata sulla ricerca di un fluido adatto che separi in modo efficiente il ghiaccio e l'acqua salata in base alla gravità del liquido. Ciò consentirà la produzione di acqua dolce dal ghiaccio.

Invariabilmente, l'elevato fabbisogno energetico di congelamento della desalinizzazione del congelamento, da -8 gradi Celsius a -15 gradi Celsius è una limitazione importante. Un'opzione praticabile in questo caso è ottenere "energia gratuita" dagli impianti di vaporizzazione del gas naturale liquefatto (GNL). Ciò è particolarmente rilevante nel contesto australiano a causa della crescita sostanziale della produzione di GNL.

Il gas naturale viene convertito in GNL mediante compressione e raffreddamento tra -160 gradi Celsius e -200 gradi Celsius. La desalinizzazione del congelamento potrebbe essere accoppiata alla fonte di refrigerante refrigerante GNL, dato che la maggior parte degli impianti GNL si trova sulla costa. Il collegamento degli impianti andrebbe a beneficio di molti paesi che importano contemporaneamente GNL e soffrono di scarsità d'acqua.

Mentre la scarsità d'acqua morde, anche la spinta alla conservazione delle risorse naturali è in aumento. L'attenzione sull'estrazione di risorse preziose dall'acqua di mare e dai suoi flussi di rifiuti salati è particolarmente accentuata.

L'acqua di mare contiene quasi tutti gli elementi chimici presenti nella tavola periodica, partendo dai più abbondanti come il sodio, magnesio, calcio, solfato e potassio a preziosi elementi a bassa concentrazione come stronzio, litio, uranio e rubidio.

Secondo l'Australia's Mineral Resource Assessment nel 2013, stronzio, magnesio, e il litio sono a rischio critico relativamente alto. Lo stronzio ha tassi di riciclaggio inferiori al 10% e viene utilizzato nella ceramica, industrie del vetro e pirotecniche, magneti ceramici della ferrite, fuochi d'artificio, pigmenti fosforescenti, luci fluorescenti, e nell'industria petrolifera e del gas come fango di perforazione. I principali usi del magnesio includono alluminio, acciaio, materiali chimici e da costruzione, e fertilizzante.

Conoscere la presenza di questi elementi nell'acqua di mare è una cosa; recuperarli è tutt'altra cosa.

Gli elementi economicamente utili nell'acqua di mare sono generalmente presenti in concentrazioni relativamente basse. Per esempio, il rubidio economicamente prezioso ha un prezzo fino a $ 12, 505 per chilogrammo, ma è presente solo in basse concentrazioni da 0,2 a 0,3 milligrammi per litro. L'alto valore economico del rubidio è attribuito alla sua applicazione nei nuovi campi tecnologici dei sistemi di telecomunicazione in fibra ottica, semiconduttori, fabbricazione di laser monolitici, assorbitori di gas in tubi a vuoto, e per varie visite mediche.

Ecco perché la mia ricerca in Australia con il mio supervisore, Direttore della Scuola di Ingegneria Civile e Ambientale Saravanamuth Vigneswaran, è stata inoltre dedicata all'estrazione del rubidio dalla salamoia dell'acqua di mare. Sto esaminando come potremmo utilizzare processi a membrana integrati e nuovi assorbenti selettivi a scambio ionico per produrre contemporaneamente acqua dolce ed estrarre rubidio.

Il recupero del prezioso rubidio non aiuterebbe solo l'industria, potrebbe anche potenzialmente compensare i costi operativi di desalinizzazione dell'acqua di mare e la relativa gestione della salamoia. Sarà inoltre, auspicabilmente, rendere più facile per il governo e l'industria vedere che la sostenibilità è davvero affare di tutti.